خلاصة:يحلل المؤلف وضع إنتاج واستهلاك فحم الكوك الإبري في بلدنا، وآفاق استخدامه في صناعة مواد أقطاب الجرافيت والأقطاب السالبة، ويدرس تحديات تطوير فحم الكوك الإبري الزيتي، بما في ذلك نقص موارد المواد الخام، وانخفاض الجودة، وطول دورة الإنتاج، وفائض الطاقة الإنتاجية، ويزيد من أبحاث تجزئة المنتج، والتطبيق، ومقاييس الأداء، مثل دراسات الارتباط لتطوير سوق راقية.
بحسب مصادر المواد الخام المختلفة، يُصنّف فحم الكوك الإبري إلى نوعين: فحم الكوك الإبري النفطي وفحم الكوك الإبري الفحمي. يُصنع فحم الكوك الإبري النفطي بشكل أساسي من مخلفات التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) عبر عمليات التكرير، وإزالة الكبريت بالهيدروجين، والتفحيم المتأخر، والتكليس. وتُعدّ هذه العملية معقدة نسبيًا وذات محتوى تقني عالٍ. يتميز فحم الكوك الإبري بارتفاع نسبة الكربون، وانخفاض نسبة الكبريت والنيتروجين والرماد، وغيرها من الخصائص، كما يتمتع بخصائص كهروكيميائية وميكانيكية ممتازة بعد عملية التغرافيت. وهو نوع من مواد الكربون عالية الجودة غير المتجانسة، سهلة التغرافيت.
يُستخدم فحم الكوك الإبري بشكل أساسي في أقطاب الجرافيت فائقة القدرة ومواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون. وانطلاقًا من أهداف استراتيجية مثل "ذروة انبعاثات الكربون" و"الحياد الكربوني"، تواصل الدول تعزيز تحويل صناعات الحديد والصلب والسيارات وتحديثها، وتعديل هيكلها الصناعي، وتشجيع تطبيق تقنيات موفرة للطاقة ومنخفضة الكربون وصديقة للبيئة، وذلك لدعم صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي والتطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة. ويتزايد الطلب على فحم الكوك الإبري الخام بوتيرة متسارعة. ومن المتوقع أن تشهد الصناعات التحويلية لفحم الكوك الإبري ازدهارًا كبيرًا في المستقبل. يتناول هذا البحث تحليل وضع فحم الكوك الإبري وآفاق استخدامه في أقطاب الجرافيت ومواد الأنود، ويطرح التحديات والتدابير اللازمة لتطوير صناعة فحم الكوك الإبري بشكل سليم.
1. تحليل إنتاج واتجاه تدفق فحم الكوك الإبري
1.1 إنتاج فحم الكوك الإبري
يتركز إنتاج فحم الكوك الإبري بشكل رئيسي في عدد قليل من الدول، مثل الصين والولايات المتحدة والمملكة المتحدة وكوريا الجنوبية واليابان. في عام 2011، بلغ الإنتاج العالمي من فحم الكوك الإبري حوالي 1200 ألف طن سنويًا، منها 250 ألف طن سنويًا في الصين، مع وجود أربعة مصانع صينية فقط. وبحلول عام 2021، ووفقًا لإحصاءات شركة سينفيرن للمعلومات، سيرتفع الإنتاج العالمي من فحم الكوك الإبري إلى حوالي 3250 ألف طن سنويًا، وسيرتفع إنتاج الصين منه إلى حوالي 2240 ألف طن سنويًا، ما يمثل 68.9% من الإنتاج العالمي، وسيرتفع عدد المصانع الصينية إلى 21 مصنعًا.
يُبيّن الجدول 1 الطاقة الإنتاجية لأكبر 10 شركات مُصنّعة لفحم الكوك الإبري في العالم، بطاقة إنتاجية إجمالية تبلغ 2130 ألف طن/سنة، ما يُمثّل 65.5% من الطاقة الإنتاجية العالمية. وبالنظر إلى الطاقة الإنتاجية العالمية لشركات فحم الكوك الإبري، فإنّ شركات تصنيع فحم الكوك الإبري المُنتجة للنفط تتميّز عمومًا بحجم إنتاج كبير نسبيًا، حيث يبلغ متوسط الطاقة الإنتاجية للمصنع الواحد 100 إلى 200 ألف طن/سنة، بينما لا تتجاوز الطاقة الإنتاجية لفحم الكوك الإبري المُنتج من الفحم 50 ألف طن/سنة.
خلال السنوات القليلة المقبلة، ستستمر الطاقة الإنتاجية العالمية لفحم الكوك الإبري في الازدياد، ولكن بشكل رئيسي من الصين. تبلغ الطاقة الإنتاجية المخططة وقيد الإنشاء في الصين حوالي 430 ألف طن سنويًا، مما يزيد من تفاقم مشكلة فائض الطاقة الإنتاجية. أما خارج الصين، فتُعتبر الطاقة الإنتاجية لفحم الكوك الإبري مستقرة بشكل عام، حيث تخطط مصفاة أومسك الروسية لبناء وحدة إنتاج فحم الكوك الإبري بطاقة 38 ألف طن سنويًا في عام 2021.
يوضح الشكل 1 إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين خلال السنوات الخمس الماضية. وكما هو واضح في الشكل، فقد شهد إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين نموًا هائلاً، بمعدل نمو سنوي مركب بلغ 45% خلال خمس سنوات. وفي عام 2020، بلغ إجمالي إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين 517 ألف طن، منها 176 ألف طن من الفحم و341 ألف طن من النفط.
1.2 استيراد فحم الكوك الإبري
يوضح الشكل 2 وضع واردات فحم الكوك الإبري في الصين خلال السنوات الخمس الماضية. وكما هو موضح في الشكل 2، قبل تفشي جائحة كوفيد-19، ارتفع حجم واردات فحم الكوك الإبري في الصين بشكل ملحوظ، ليصل إلى 270 ألف طن في عام 2019، وهو رقم قياسي. وفي عام 2020، ونظرًا لارتفاع سعر فحم الكوك الإبري المستورد، وانخفاض القدرة التنافسية، ووجود مخزون كبير في الموانئ، بالإضافة إلى استمرار تفشي الأوبئة في أوروبا والولايات المتحدة، انخفض حجم واردات الصين من فحم الكوك الإبري في عام 2020 إلى 132 ألف طن فقط، أي بانخفاض قدره 51% على أساس سنوي. ووفقًا للإحصاءات، بلغ حجم فحم الكوك الإبري المستخرج من النفط ضمن واردات فحم الكوك الإبري في عام 2020 نحو 27.5 ألف طن، أي بانخفاض قدره 82.93% على أساس سنوي. بلغت كمية فحم الكوك الإبري 104.1 ألف طن، بزيادة قدرها 18.26% عن العام الماضي، والسبب الرئيسي هو أن النقل البحري من اليابان وكوريا الجنوبية أقل تأثراً بالوباء، وثانياً، أن سعر بعض المنتجات من اليابان وكوريا الجنوبية أقل من سعر المنتجات المماثلة في الصين، وحجم الطلبات النهائية كبير.
1.3 اتجاه استخدام فحم الكوك الإبري
يُعدّ فحم الكوك الإبري نوعًا من المواد الكربونية عالية الجودة، ويُستخدم بشكل أساسي كمادة خام لإنتاج أقطاب الجرافيت فائقة القدرة ومواد الأنود الجرافيتية الاصطناعية. وتشمل أهم مجالات استخدامه النهائية صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي وبطاريات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة.
يوضح الشكل 3 اتجاهات استخدام فحم الكوك الإبري في الصين خلال السنوات الخمس الماضية. يُعد قطب الجرافيت المجال الأوسع للتطبيقات، وقد استقر معدل نمو الطلب عليه نسبيًا، بينما يستمر الطلب على مواد الأقطاب السالبة في النمو السريع. في عام 2020، بلغ إجمالي استهلاك فحم الكوك الإبري في الصين (بما في ذلك استهلاك المخزون) 740 ألف طن، منها 340 ألف طن من المواد السالبة و400 ألف طن من أقطاب الجرافيت، ما يمثل 45% من إجمالي استهلاك المواد السالبة.
2.1 تطوير صناعة الصلب باستخدام فرن القوس الكهربائي
تُعدّ صناعة الحديد والصلب من أكبر مصادر انبعاثات الكربون في الصين. وتعتمد هذه الصناعة على طريقتين رئيسيتين لإنتاج الحديد والصلب: الفرن العالي وفرن القوس الكهربائي. ومن بين هاتين الطريقتين، يُمكن لإنتاج الصلب باستخدام فرن القوس الكهربائي خفض انبعاثات الكربون بنسبة 60%، كما يُمكن إعادة تدوير موارد خردة الصلب وتقليل الاعتماد على استيراد خام الحديد. وقد اقترحت صناعة الحديد والصلب أن تكون رائدة في تحقيق هدفي "ذروة انبعاثات الكربون" و"الحياد الكربوني" بحلول عام 2025. وبموجب توجيهات السياسة الوطنية لصناعة الحديد والصلب، سيتم استبدال أفران التحويل والفرن العالي في عدد كبير من مصانع الصلب بأفران القوس الكهربائي.
في عام 2020، بلغ إنتاج الصين من الصلب الخام 1054.4 مليون طن، منها حوالي 96 مليون طن من الصلب المُصنّع بتقنية الأفران الكهربائية، أي ما يعادل 9.1% فقط من إجمالي إنتاج الصلب الخام. وبالمقارنة مع المتوسط العالمي البالغ 18%، والولايات المتحدة 67%، والاتحاد الأوروبي 39%، واليابان 22%، فإن هناك مجالًا واسعًا للتحسين. ووفقًا لمسودة "إرشادات تعزيز التنمية عالية الجودة لصناعة الحديد والصلب" الصادرة عن وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات في 31 ديسمبر 2020، ينبغي رفع نسبة إنتاج الصلب المُصنّع بتقنية الأفران الكهربائية من إجمالي إنتاج الصلب الخام إلى ما بين 15% و20% بحلول عام 2025. ومن شأن زيادة إنتاج الصلب المُصنّع بتقنية الأفران الكهربائية أن تزيد بشكل ملحوظ الطلب على أقطاب الجرافيت فائقة القدرة. ويتجه تطوير أفران القوس الكهربائي المحلية نحو التقنيات المتطورة والإنتاج على نطاق واسع، مما يُعزز الطلب على أقطاب الجرافيت ذات المواصفات العالية والقدرة الفائقة.
2.2 حالة إنتاج قطب الجرافيت
يُعدّ قطب الجرافيت مادة استهلاكية أساسية في صناعة الصلب باستخدام أفران القوس الكهربائي. يوضح الشكل 4 الطاقة الإنتاجية لمنتج قطب الجرافيت في الصين خلال السنوات الخمس الماضية. وقد ارتفعت الطاقة الإنتاجية من 1050 ألف طن سنويًا في عام 2016 إلى 2200 ألف طن سنويًا في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 15.94%. تمثل هذه السنوات الخمس فترة نمو سريع في الطاقة الإنتاجية لقطب الجرافيت، ودورة تطور متسارعة في صناعة قطب الجرافيت. قبل عام 2017، كانت صناعة قطب الجرافيت تُصنّف كصناعة تقليدية تستهلك كميات كبيرة من الطاقة وتُسبّب تلوثًا كبيرًا، ما دفع الشركات المحلية الكبرى إلى تقليص إنتاجها، بينما واجهت الشركات الصغيرة والمتوسطة خطر الإغلاق، حتى أن الشركات العالمية العملاقة في هذا المجال اضطرت إلى التوقف عن الإنتاج وإعادة بيع منتجاتها والانسحاب من السوق. في عام 2017، وبسبب السياسة الإدارية الوطنية التي فرضت الإزالة الإجبارية لـ"صلب قضبان الأرضيات"، ارتفع سعر قطب الجرافيت في الصين بشكل حاد. وقد أدى الربح الزائد إلى انتعاش سوق أقطاب الجرافيت وظهور موجة من استئناف وتوسيع الطاقة الإنتاجية.
في عام 2019، بلغ إنتاج أقطاب الجرافيت في الصين مستوى قياسياً جديداً في السنوات الأخيرة، حيث وصل إلى 1189 ألف طن. وفي عام 2020، انخفض إنتاج أقطاب الجرافيت إلى 1020 ألف طن نتيجة ضعف الطلب الناجم عن الجائحة. لكن بشكل عام، يعاني قطاع أقطاب الجرافيت في الصين من فائض كبير في الطاقة الإنتاجية، حيث انخفض معدل الاستخدام من 70% في عام 2017 إلى 46% في عام 2020، مسجلاً بذلك أدنى مستوى له على الإطلاق.
2.3 تحليل الطلب على فحم الكوك الإبري في صناعة أقطاب الجرافيت
سيؤدي تطوير فولاذ الأفران الكهربائية إلى زيادة الطلب على أقطاب الجرافيت فائقة القدرة. وتشير التقديرات إلى أن الطلب على أقطاب الجرافيت سيبلغ حوالي 1300 ألف طن في عام 2025، بينما سيبلغ الطلب على فحم الكوك الإبري الخام حوالي 450 ألف طن. ونظرًا لأن فحم الكوك الإبري المُستخلص من النفط يُعدّ أفضل من فحم الكوك الإبري المُستخلص من الفحم في إنتاج أقطاب الجرافيت والوصلات ذات الأحجام الكبيرة والقدرة الفائقة، فمن المتوقع أن ترتفع نسبة الطلب على فحم الكوك الإبري المُستخلص من النفط في أقطاب الجرافيت، مما سيؤثر سلبًا على حصة فحم الكوك الإبري المُستخلص من الفحم في السوق.
تاريخ النشر: 23 مارس 2022